Ansys 作業(yè)模板-有限元分析

1、 有 限 元 分 析 作 業(yè) 作業(yè)名稱 換熱管的熱分析姓 名學 號 3060612061班 級 06機電(3班寧波理工學院題目:換熱管的熱分析 :本題要確定的是一個換熱器中帶管板結(jié)構(gòu)答對換熱管的溫度分布和應(yīng)力分 布。 單程換熱器的其中一根換熱管和與其相連的兩端管板結(jié)構(gòu), 殼程介質(zhì)為熱蒸 汽,管程介質(zhì)為液體操作介質(zhì),熱換管材料為不銹鋼,膨脹系數(shù)為 616.5610- 1-, 泊松比為 0.3, 彈性模量為 51.7210MPa , 熱導(dǎo)率為 15.1/(W m ; 管板材 料也為不銹鋼,膨脹系數(shù)為617.7910- 1-, 泊 松 比 為 0.3, 彈 性 模 量 為 51.7310MPa ,

2、熱 導(dǎo) 率 為 15. 1/(W m , 殼程蒸汽溫度為 250, 表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為 23000/W m , 殼程壓 力為 8.1MPa, 管程液體溫度 200,表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為 426/(W m ;管程壓力為5.7MPa. 換熱管內(nèi)徑為 0.01295m, 外徑 0.01905m, 管板厚度 0.05m, 換熱管長度為 0.5m, 部分管板材料長和寬均為 0.013m.換熱管和管板結(jié)構(gòu)如下圖: 1. 定義工作文件名和文件標題(1 定義工作文件名 :執(zhí)行 Utility Menu-File-Chang Jobname(2 定義工作標題:執(zhí)行 Utility Menu-File-Change Til

3、e(3 關(guān) 閉 坐 標 符 合 現(xiàn) 實 :執(zhí) 行 Utility Menu-PlotCtrls-WindowsCtrols-Window Options-Location of triad ,單擊 OK 按鈕。2. 定義材料屬性和單元類型(1 定義單元類型,執(zhí)行 Main Menu-Preprocessor-Element Type-Add彈出 Element Type 對話框,分別選擇 Theml solid 和 Brick 20node 90選項,單擊 OK 按鈕 . 如下圖 1-1所示: 1-1(2 定義材料屬性執(zhí)行:Main menu-Preprocessor-Material Pro

4、ps-Material models,在 Define material model behavior對話框中,雙擊Structual-Linear-Elastic-Isotropic, 在彈出的對話框中, EX 后輸入 1.73 E11, 在 PRXY 后輸入 0.3,單擊 OK 按鈕,如下圖 1-2 所示:1-2連續(xù)單擊 Thermal expansion-Secant coefficient-Isotropic,在彈出的對話框中, ALPX 后輸入 17.79E-6, 單擊 OK 按鈕。如圖 1-3所示: 1-3再連續(xù)雙擊 Themal-Conductivity-Isotropic, 在

5、彈出的對話框中, KXX 后輸入 15.1, 如圖 1-3所示,單擊 OK 完成對材料 1 的屬性設(shè)置。1-4,同樣,鼠標單擊 Material-New model ,在彈出的對話框中輸入 2,按照同樣的 方法完成對材料 2的屬性設(shè)置。其中 EX 為 1.72E11,PRXY 為 0.3, ALPX 為 16.56E-6,KXX 為 15.13. 建立幾何模型(1顯示工作平面:執(zhí)行 Utility menu-Workplane-Display working plane(2創(chuàng)建 1/4換熱管:執(zhí)行 Utility menu-workplane-Offset wp by Increments,在

6、彈出 的對話框中, XY ,YZ,ZX 分別輸入 0, 0, 90,單擊 OK 按鈕。執(zhí)行:Mainmenu-preprocessot-Modeling-Create-V olumes-Cylinder-Partial cylinder,在彈出的 對話框中輸入:如下圖所示的數(shù)據(jù)。單擊 OK 完成 1/4的換熱管的幾何模型。 (3生 成 管 板 部 分 模 型 :執(zhí) 行 :Main menu-Preprocessor-Modeling-Creat-V olumes-Block-By Dimensions, 在彈出的對 話 框 中 輸 入 如 下 圖 數(shù) 據(jù) , 單 擊 OK 生 成 左 端 管

7、板 模 型 , 執(zhí) 行 Main menu-Preprocessor-Modeling-Copy-V olumes, 選取剛剛生成的管板左端部分, 在 彈出的對話框中, DX 后輸入 0.45,單擊 OK ,生成如下圖的模型。(4體 布 爾 操 作 :執(zhí) 行 Main menu-Preprocessor-Modeling-Operate-Booleans-Overlap-V olumes, 單擊 Pick all (5打開體編號控制:執(zhí)行 Utility menu-Plotctrls-numbering, 選擇 V olume numbers 復(fù)選框,單擊 OK,(6刪除多 余的 體, 執(zhí)行

8、Main menu-Preprocessor-Modeling-delete-V olume and Below, 用鼠標選擇編號為 4和 5的體,生成的結(jié)果如下圖 1-5。 1-54、 生成有限元模型(1打開線面號控制:執(zhí)行:Utility Menu-PlotCtrls-Numbering命令,在彈出的 對話框中選擇 Line number 和 Area nubbers,單擊 OK 按鈕。(2 打 開 MeshTool 工 具 欄 , 劃 分 網(wǎng) 格 :執(zhí) 行 :Main Menu-Preprocessor-meshing-Mesh Tool 命令,在彈出的對話框中選擇 Set, 在彈出 的

9、對話框中 MAT 中選擇 1, 表示給第一種材料劃分網(wǎng)格。 單擊 MeshTool 工具欄 Lines 后面的 Set, 然后用鼠標拾取編號為 14、 15、 18、 19的線,單擊 OK 按鈕, 在彈出的對話框 NDIV 中輸入 10,單擊 Apply 按鈕,繼續(xù)拾取編號為 65、 66、 67、 68的線,單擊 OK 按鈕。在 NDIV 中輸入 5,單擊 Apply 按鈕,拾取編號為4、 55的線,單擊 OK 在 NDIV 中輸入 20,單擊 Apply 拾取 22、 23、 24、 51、53的線, 單擊 OK 按鈕。 執(zhí)行 Main menu-Preprocessor-Meshing-

10、Concatenate-Areas,彈出 Concatenate Areas 拾取對話框,選擇編號為 10、 12的面,單擊 OK. 回到 MeshTool 工具欄,在 shape 選擇 Hex 和 Mapped, 單擊 Mash, 拾取編號為 9的體, 單擊 OK 按鈕。網(wǎng)格劃分結(jié)果如下圖。 1-6(4 刪 除 粘 貼 在 一 起 的 面 10、 12, 執(zhí) 行 :Main Menu-Preprocessor-Meshing-Concatenate-Del Concats-Areas命令。(5 劃分右端表格 , 刪除粘貼在一起的面 10、 12,同左端的操作一樣!如下圖 1-7。 1-7(6

11、 劃分熱換管模型網(wǎng)格:執(zhí)行 Utility Menu-Plot-V olumes 命令,顯示體?；?到 MeshTool 工具欄,單擊 Set, 彈出 MeshingAttributes 對話框,在 MAT 一欄下選擇 2,表示定義第二種材料。選擇編號為 6、 7、 8的體,執(zhí)行: Utility Menu-Select-Entities,單擊 OK, 用鼠標拾取編號為 7、 8、 9的體,單 擊 SelectEntities 對 話 框 的 OK 按 鈕 , 結(jié) 果 如 下 圖 。 1-8同理把編號為 42、 43、 49、 50的線分為 20份,把編號為 1、 3、 6、 8、 52、 5

12、4、 60的線分為 4份,把編號為 61、 62、 63、 64的線分為 80份,點擊 Mesh, 結(jié)果如 下圖: 1-9(7 進行 Merge 以及壓縮編號, 執(zhí)行:Utility Menu-Select-Everything,命令, 在 彈出的對話框中,在 Label 下選擇 ALL, 在 Compress Numbers對話框中選 擇 ALL, 單擊 OK.(8 關(guān)閉 MeshTool 工具欄,保存文件。5、 加載以及求解(1 施 加 管 程 對 流 載 荷 :執(zhí) 行 :Main menu-Solution-Define Loads-Apply-Thermal-Convection-On

13、 Areas, 拾取編號為 A1 A24 A8 A9 A17 A2 A28的面,單擊 OK, 在 V ALI 中輸入 426,在 VAL2I 后輸入 200,單擊 Apply , 繼 續(xù)拾取編號為 A20 A24 A28的面,單擊 OK 。同樣輸入 3000和 250,單擊 OK. 結(jié)果如下圖 1-10 1-11 1-10 1-11(2求解執(zhí) 行 Main menu-Solution-Current LS, 求 解 , 結(jié) 果 如 下。 (3查看結(jié)果(1繪制溫度分布云圖:執(zhí)行 Main menu-General Postproc-plot result-Contour plot-Nodal solu,選擇 Nodal solution-Dof solution-Nodal Temperature, 單擊 OK, 生成 結(jié)果如下圖 1-12(2 繪制熱梯度分布云圖, 執(zhí)行:Main menu-General Postproc-Plot Results-Contour plot-Nodal solu ,選擇 Nod